Partió de Milán con dirección a Roma el 24 de septiembre de 1513, junto con sus alumnos. Se alojó en el Vaticano, en un estudio del Belvedere, bajo la protección de Juliano II de Médicis. En Vaticano trabajaban en aquella época pintores como Rafael, que estaba pintando al fresco los apartamentos papales, o Miguel Ángel, del cual estaba separado por una antigua enemistad; arquitectos como Bramante y Giuliano da Sangallo se ocupaban de la construcción de San Pedro. Pero Leonardo no tuvo mucho contacto con estos artistas, pues se dedicó a estudios matemáticos y científicos. También buscó fósiles en el cercano Monte Mario, pero se lamentó con Giuliano que le impidiesen estudiar anatomía en el Hospital del Santo Espíritu. Se ocupó del proyecto de desecación de las Lagunas Pontinas y fue aprobado por el papa León X el 14 de diciembre de 1514, pero no fue ejecutado por la muerte tanto de Giuliano como la del papa. También se ocupó de la sistematización del puerto de Civitavecchia.
